直接空冷机组空冷岛结构优化研究

第50卷第2期汽轮机技术2008年4月TURBINE TECHNOLOGYApr.2008直接空冷机组空冷岛结构优化研究周兰欣,白中华,李卫华华北电力大学电站设备状态检测与控制教育部重点实验宣,保定071003摘要:采用 SIMPLE算法和k-e模型,以我国某600MW直接空冷电厂为例对其空冷平台外部流场进行数值模拟分析不同风速时挡风围墙高度和空冷平台高度对空冷凝汽器换热效率的影响得出最佳围墙高度范围对直接空冷电厂的设计和稳定经济运行具有一定的参考价值关键词:直接空冷;数值模拟;挡风墙;空冷平台;换热效率分类号:TK2641文献标识码:A文章编号:10015884(2008)02009503Optimization Study on Structure of Air Cooling Platform of Direct Air Cooling UnitsZHOU Lan-xin, BAI Zhong-hua, LI Wei-huaKey Lof Ministry of Education of Condition Monitoring and Control for Power PlantEquipment, North China Electric Power University, Baoding 071003, China)Abstract: With SIMPLE algorithm and k-e model, take one 600Mw direct air-cooled unit in our country as an example,proceeding numerical simulation of exterior flow field of its'air cooling platform. Analysing the effect of different wind velocity, height of windbreak and aircooling platform on heat exchange efficiency of direct air cooled condenser, obtaining optimizate height of wind break. The essay has direct significance for designing and the steady and economic running of direct airKey words: direct air cooling; numerical simulation; windbreak; aircooling platform; efficiency of heat exchange0前言1模型的建立直接空冷是指汽轮机排汽经管道送到空冷凝汽器的翅1.1几何模型及网格划分片管束中凝结其冷却介质是在翅片管外流动的空气排汽空冷散热单元物理模型如图2所示,模型的计算域为的凝结水由凝结水泵送至回热系统,并经汽轮机抽汽加热后600×800x600(m)的长方体。其中,空冷平台为70×80作为锅炉给水循环使用如图1所示。空冷凝汽器的换热效(m),空冷平台高度H取35m,40m,45m,挡风墙高h分别取率是影响空冷机组效率的主要因素,该设备布置于自然风场8m、10m、12m、14m、16m,锅炉房高为90m,汽机房高为40m中因此直接受环境参数的影响。自然风的风速风向以及网格采用 cooper结构化网格进行划分,由于计算域很大,采冷平台的结构对于空冷机组的正常稳定运行起着决定性用分块划分法在满足网格质量( Equisite Skew<0.4)的前作用①。提下减少了网格数量(259860),几何模型如图3所示。因为直接空冷机组空冷岛所处的地理位置及自然环境是一定的所以对空冷岛的挡风墙和空冷岛的高度进行结构优化,提高空冷单元的换热效率和凝汽器真空度,对机组的流出口设计制造和安装具有重要意义。甸流动冷知管束图2空冷散热单元示意图1.2数值模型及边界设定图1直接空冷机组原则性汽水系直接空冷平台周围的大气运动被认为是不可压缩定常收稿日期:20070725作者简介:周兰欣(1956-),男教授,主要从事空冷机组节能研究。汽轮机技术第50卷0.4703,边缘效率低。换热效率和冷却介质流量分布趋势一致(如图5所示),且在整个空冷平台呈对称分布与工程实际运行数据一致冷却介质的总流量为4275873kg/s*-6。汽机房5,0F41400E-12/E-01图3几何模型OE-01流动。流体区域的控制方程为雷诺平均的纳维-斯托克斯0.00E+00(N-S)方程。连续性方程:中+V·(p)=0图4空冷换热效率图(V=0)动量守恒方程(pu)+(p,)=e[幽)800本构方程:,=2m,-3xm采用标准k-e湍流模式:图5空冷单元空气流量图(V=0)2.2风速和围墙高度对换热效率的影响y叫+幽)3(吨+u月风速V分别取0、13、5、8、10(m/8),围墙高h取8m、模型涉及到热量交换问题能量方程为:10m、12m、14m、16m,在此情况下,随着风速的提高空冷单元aB)+…、m(pE+p)=+面(x+;)的整体换热效率下降(如图6所示),但下降趋势受围墙高度的影响,围墙越高,下降越缓慢。由图7知,随围墙高度增加其中p为空气密度;为流体速度;过、k=1、2、3;P为压力效率增加,当h=14m左右时达到最大后效率开始降低说为流体动力黏性系数;r为应力张量;为应变率张量。明围墙高度存在理论上最佳值。计算域的进口采用大气边界层函数即迪肯( Deacon)的幂定律描述:=(x/)°式中:为气流达到均匀流时的高廈;为动处来流平均风速;为任意高度;为处平均风速;aα为地面粗糙系数,粗糙度越大a越大。根据我国气象观测标准并结合电厂的地形地貌取a=0.2和=10,该条件利用uen自带的udf自定义边界条件编程加载,每个空冷散热单元采用风扇入口和热交换( heat exchanger)核心,挡风墙、柱子及地面均采用墙壁边界,计算域的其它边界均为速度进口条件以模拟自然环境2模拟结果及分析图6平均换热效率随风速变化曲线额定工况下汽轮机排汽温度已知,可以算出空气和汽轮2.3空冷平台高度对换热效率的影响机排汽之间所需的换热量将其定义为标准换热量。每个空取平台高度H分别为35m、40m、45m进行模拟计算。冷单元的实际换热量除去标准工况下空冷单元的标准换热风速增大时换热效率整体下降但随平台高度的增加,下降量所得到的无量纲数定义为换热效率。利用换热效率来表8所示)。趋势减小。在风速V=8m/s时换热效率最多相差3%(如图征空冷平台外部流场对空冷凝汽器的影响13。从每个换热单元的冷却介质流量和换热量分析流场对整个空冷平台的2.4模拟结果分析影响。环境风速V=0时整个空冷平台形成蒸腾现象(如图92.1V=0,H=40m模拟结果所示)。当环境风吹至空冷平台时,环境风和空冷散热器发风速为0空冷平台高度为40m空冷单元换热效率分布出的热气进行热交换1。热气质点和自然风质点不断相互如图4所示,空冷平台整体效率较高,整体平均效率为混掺两者的速度、压力温度等物理量在时间和空间上均具第2期周兰欣等:直接空冷机组空冷岛结构优化研究9704s着风速的增加这种影响加剧,机组背压升高威胁机组的安全运行随着挡风墙和空冷平台高度H的增加漩涡区高度向上80.4紧软移动(图1),在一定程度上抑制了热风回流,使整个平台的换热效率有所提升。当V=8m/8时,空冷平台高度H=35m和H=45m效率相差29%,挡风墙高度h=8m和h=16m效率相差27%。78910ll1213141516173结论图7平均换热效率随挡风墙高度变化曲线(1)通过构建模型分析了环境风速对空冷机组换热效率的影响随着风速的增加,在大气边界层和热风回流的影响H=40mH=45m下空冷单元换热恶化效率降低;(2)挡风墙对直接空冷机组的换热效率具有积极的作获0.43用但这种影响随着挡风墙高度的增加逐渐减小,当h>15m042后效率开始下降,在本模型中挡风墙的最佳高度在14m04115m之间(3)空冷平台的高度是影响空冷换热效率的一个重要因素,随着高度的增加效率升高故在空冷机组的设计中可结速/(m/3)合厂址所处环境及技术经济性选取一最佳值。图8平均换热效率随风速变化曲线参考文献[1]丁尔谋发电厂空冷技术M].北京:水利电力出版社,1992[2]H. 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